攻克倾转旋翼机技术后,美国人又玩起了《阿凡达》里的科幻直升机

贝尔直升机公司最近注册了一个专利号为US 10106253的专利,显示该公司在攻克倾转旋翼机技术后,又玩起了“阿凡达直升机”。

在2009年上映的科幻电影《阿凡达》中,采矿殖民军在潘多拉星球上使用了三种军用直升机,分别是“毒蝎”武装直升机、SA-2“参孙”突击运输直升机、C-21“龙”重型运输直升机,这些家伙无一例外地都采用能小幅度前后倾转的涵道风扇,外观颇为震撼。

贝尔专利图显示该公司打算把“阿凡达直升机”从银幕变为现实,研制一种具有全倾转双涵道风扇的高速垂直起降飞行器。涵道风扇是航空推进装置的一种,其风扇被包裹在圆柱形护罩或涵道内,与暴露式的螺旋桨相比,涵道可以有效降低螺旋桨桨尖的推力损失,并且由于涵道内外气流存在速度差,在伯努利原理下,涵道内的高度气流可带动动涵道外低速气流,使涵道风扇的推进效率大幅高于暴露式螺旋桨。

鉴于涵道风扇的优点,贝尔很早就研究在垂直起降飞行器应用倾转涵道风扇。上世纪60年代,贝尔制造的X-22验证机就成功验证了四倾转涵道风扇设计,最大速度达410公里/小时,一直试飞到1988年才正式退役。虽然X-22证明了倾转涵道风扇机概念的实用价值,但最后还是让位于更接近传统直升机的倾转旋翼机,最终诞生了著名的贝尔V-22“鱼鹰”。

倾转旋翼设计在服役中暴露出不少缺点,如旋翼直径过大,完全倾转向前后无法在翼下布置武器挂架。此外和传统舰载直升机一样,其旋翼也具有总距和周期变距机构,以及旋翼折叠功能,这些都大幅增加了V-22旋翼的复杂性,使该机成为有史以来维护最困难的旋翼机。

于是贝尔重拾倾转涵道风扇机概念试图解决倾转旋翼机的上述缺点,与旋翼相比,涵道风扇的推进效率更高,风扇转速也更高,因此直径可以大幅缩小,从而在短翼下留出挂载武器的空间。其次涵道风扇取消了周期变距功能,可依靠涵道末端十字形副翼的偏转来产生悬停控制力矩,所以能够大幅简化风扇的设计和维护。

涵道风扇也不是没有缺点,由于涵道整体的空气阻力大,所以其最大速度会低于倾转旋翼机,此外如果把涡桨发动机布置在涵道内部,势必影响涵道的优化设计,如果布置于机身通过传动轴来驱动风扇,又会导致可靠性问题,在设计上处于两难境地。

作者:阿姆斯壮